Karbondioksit gazının uzaklaştırılması için farklı metal içerikli hidrotalsit benzeri malzemeler ve deaktivasyon modeli uygulamaları [Pamukkale Univ Muh Bilim Derg]
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg. Baskıdaki Makaleler: PAJES-33858 | DOI: 10.5505/pajes.2019.33858  

Karbondioksit gazının uzaklaştırılması için farklı metal içerikli hidrotalsit benzeri malzemeler ve deaktivasyon modeli uygulamaları

Dilşad Dolunay Eslek Koyuncu, Sena Yasyerli, Nail Yasyerli
Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü

Bu çalışmada karbondioksit (CO2) gazının uzaklaştırılması için farklı metal içerikli hidrotalsit türü malzemelerin geliştirilmesine ilişkin çalışmalar yürütülmüştür. Bu amaçla birlikte çöktürme yöntemiyle 3Mg1Al, 3Mg1Fe ve 3Mg1Mn hidrotalsit türü malzemeler (mol oranı M+2/M+3 =3) ile Mg-O ve Al-O malzemeleri hazırlanmıştır. Hazırlanan sorbentler için X-ışını kırınımı (XRD), termogravimetrik-diferansiyel termal analiz (TGA-DTA), taramalı elektron mikroskobu (SEM), N2 adsorpsiyon-desorpsiyon, sıcaklık programlı CO2 desorpsiyonu (CO2-TPD) ve endüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektroskopisi (ICP-OES) analizleri gerçekleştirilmiştir. Kalsinasyon işlemi öncesinde Mg-O malzemesinin Mg5(CO3)4(OH)2.4H2O-hidromanyezit, Al-O malzemesinin Al(OH)3-bayerite yapısı esas olmakla birlikte γ-AlOOH-boehmite ve Al(OH)3-gibbsite yapılarını içerdiği XRD analizi ile belirlenmiştir. 3Mg1Al, 3Mg1Fe ve 3Mg1Mn malzemelerinde hidrotalsit benzeri yapılar elde edilmiştir. Bu sonuçlar farklı metallerin kullanılmasıyla hidrotalsit benzeri yapıların başarıyla elde edilebildiğini göstermiştir. Mg-O, 3Mg1Al ve Al-O malzemelerinin TGA-DTA analizinde gerçekleşen kütle kayıplarının teorik değerlerle tutarlı olduğu belirlenmiştir. Kalsinasyon işlemi sonrasında hidrotalsit türü malzemelerde esas olarak MgO-periclase yapısının oluştuğu görülmüştür. Hazırlanan hidrotalsit türü malzemeler içerisinde 3Mg1Al en yüksek yüzey alanına (133 m2/g) ve en yüksek yüzey bazik özelliğine sahip malzeme olarak belirlenmiştir. Sorbentlerin CO2 tutma deneyleri, sabit yatak reaktör sisteminde %4 CO2 + He besleme gaz karışımı kullanılarak, 3600 cm3/g.saat boşluk hızı değerinde ve 300 °C sıcaklıkta gerçekleştirilmiştir. 3Mg1Al sorbentinin hidrotalsit türü malzemeler içinde en yüksek CO2 tutma kapasitesine (0.17 mmol CO2/g sorbent) sahip sorbent olduğu belirlenmiştir. Deneysel verilere deaktivasyon modelinin lineer olmayan regrasyon analizi uygulanarak başlangıç reaksiyon hız sabiti (k0) ve deaktivasyon hız sabiti (kd) değerleri bulunmuştur. Sonuçlar hidrotalsit türü malzemelerin CO2 tutma çalışmalarında umut veren sorbentler olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Hidrotalsit, 3Mg1Al, 3Mg1Fe, 3Mg1Mn, Karbondioksit uzaklaştırma, Deaktivasyon modeli


Different metal-containing hydrotalcite-like materials for carbon dioxide removal and applications of deactivation model

Dilşad Dolunay Eslek Koyuncu, Sena Yasyerli, Nail Yasyerli
Gazi University, Faculty of Engineering, Chemical Engineering Department

In this study, studies on the development of different metal-containing hydrotalcite-like materials have been carried out for the removal of CO2. 3Mg1Al, 3Mg1Fe and 3Mg1Mn hydrotalcite-like materials (molar ratio of M2+/M3+=3), Mg-O and Al-O have been prepared by co-precipitation method. Synthesized materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric-differential thermal (TGA-DTA), scanning electron microscopy (SEM), N2 adsorption-desorption, temperature-programmed CO2 desorption (CO2-TPD) and inductively coupled plasma optic emission spectroscopy (ICP-OES) analysis. Before calcination, XRD results showed that Mg-O material contains Mg5(CO3)4(OH)2.4H2O-hydromagnesite and Al-O material contains mainly Al(OH)3-bayerite, γ-AlOOH-boehmite and Al(OH)3-gibbsite structures. Hydrotalcite-like structures were obtained for the 3Mg1Al, 3Mg1Fe, and 3Mg1Mn materials. These results showed that hydrotalcite-like structures could be successfully obtained by using different metals. Mass losses in TGA-DTA analysis of Mg-O, 3Mg1Al, and Al-O materials were consistent with the theoretical values. After calcination, it was seen that mainly MgO-periclase structure was obtained for the hydrotalcite-like materials. Among the prepared hydrotalcite-like materials, 3Mg1Al was determined as having the highest surface area (133 m2/g) and the highest surface basicity. CO2 sorption experiments were performed in a fixed bed reactor system using the feed mixture containing 4% CO2 in He with a GHSV of 3600 cm3h-1g-1 at 300 °C. 3Mg1Al sorbent was found as having the highest CO2 sorption capacity (0.17 mmol CO2/g sorbent) among the synthesized hydrotalcite-like materials. The initial reaction rate constant (k0) and the deactivation rate constant (kd) values were found by applying the non-linear regression of the deactivation model to the experimental data. The results showed that hydrotalcite-like materials were promising sorbents for CO2 sorption studies.

Keywords: Hydrotalcite, 3Mg1Al, 3Mg1Fe, 3Mg1Mn, Carbon dioxide removal, Deactivation model




Sorumlu Yazar: Dilşad Dolunay Eslek Koyuncu, Türkiye


ARAÇLAR
Düzeltilmemiş Tam Metin
Yazdır
Alıntıyı İndir
RIS
EndNote
BibTex
Medlars
Procite
Reference Manager
E-Postala
Paylaş
Yazara e-posta gönder

Benzer makaleler
Google Scholar


 
Creative Commons Lisansı
Bu dergi Creative Commons Al 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır.


LookUs & Online Makale